А теперь электричество и магнетизм начинают перемешиваться друг с другом, как мука с молоком в тесте. Всё тот же товарищ Фарадей обнаружил, что если взять самую обычную катушку с металлическими витками, которую никто не трогает и никуда не подключает, и засунуть в неё обычный магнит, то на время засовывания через катушку потечёт ток, и он прекратится, когда магнит опустится полностью. И наоборот - пока вытаскиваешь магнит, ток идёт. С чего бы это? С другой стороны, если рядом с проводником, по которому может течь ток, поставить магнитную стрелку (хоть тот же компас) и включить ток, то стрелочка начнёт сама собой отклоняться, то есть происходит обратное - у проводника с током образовывается магнитное поле. Фарадей обобщил всё это хозяйство и обозвал её электромагнитной индукцией. В общем случае он формулируется так: при изменении магнитного поля возникает вихревое электрическое поле. "Вихревое" означает, что силовые линии этого поля замкнуты - потому что, как правило, нет зарядов, с которых им начинаться и на которых им заканчиваться. Математика при этом заставляет описать всё это цифрами, но для этого пришлось ввести ещё такую величину, как магнитный поток. Обозначается русской (!) буквой Ф. И считается так: Ф = B*S*cosальфа. B - это индукция магнитного поля, понятно. А что за площадь S и угол альфа? Попробую объяснить попроще. Магнитный поток должен быть через что-то - примерно так же, как можно "посчитать" поток воды, только стоя на одном месте и прикидывая, какое количество воды протекло мимо тебя. Угол определяется ещё сложнее: это угол между нормалью (вектором, перпендикулярным) к площадке, площадь которой - S (которую мы считаем). Зачем так наворочено? Ответ такой: вообще говоря, нам нужен угол между вектором индукции и этой площадкой. Но из геометрии такой угол определяется как угол между вектором и прямой, перпендикулярной этой площадке. "Нормаль", по сути, и есть эта прямая, только со стрелочкой (иначе угол между вектором и прямой можно определить двояко: и как острый, и как тупой). Короче, вся эта сложность объясняется сплошными математическими заморочками, физических заморочек тут нет. Магнитный поток тоже измеряется в единицах, обозванных фамилией - Вб (вебер). Вб = Тл*м^2.
Вернёмся к тому, зачем вообще ввели такую страшную штуку, как магнитный поток. Затем, чтобы математикой объяснить, какое электрическое поле будет возникать: когда дырка катушки, в которую засовывают магнит, видит, что поток через неё начинает меняться, она и начинает выдавать электрическое поле. Почему-то величину, характеризующую это поле, обозначили через ЭДС (хотя я до сих пор не понимаю, по какому принципу выбирают ту или иную величину для характеристики поля там или сям, они всё время то напряжённость, то потенциал - постоянно меняются непонятно почему!). ЭДС индукции = -дельтаФ/дельтаt. То есть если поток МЕНЯЕТСЯ за какое-то время, то за это время изменения (дельтаt) и образуется какое-то "напряжение", благодаря которому начнут двигаться зарядики, и получится ток. А что здесь забыл минус? А минус показывает всё то же стремление природы к равновесию, которое здесь обозвано правилом Ленца. Оно формулируется так: возникающий в замкнутом контуре индукционный ток имеет такое направление, что создаваемый им магнитный поток через площадь, ограниченную контуром, стремится компенсировать то изменение магнитного потока, которым вызывается данный ток. Если выбросить все умные слова и оставить самое основное, то это получится что-то вроде трения в механике - ты засовываешь магнит в дырку катушки, она возбуждается током (он начинает течь), но - по тому же неумолимому закону электромагнитной индукции - этот ток сам по себе тоже создаёт своё магнитное поле! И оно накладывается на первоначальное, которое ещё действует - причём накладывается, сопротивляясь, в противоположном направлении, пытаясь остановить то поле от засовывания магнита, которое его породило (что ему, как правило, не удаётся - первоначальное поле, конечно, ослабляется, но не сильно). На ум приходит ещё одна аналогия, но она настолько пошлая, что здесь писать её нет смысла. Кто знает - тот и так догадается, а кто не знает - значит, тому ещё рано.
Все разговоры тут вертятся вокруг какой-то катушки... По-умному она называется "катушка индуктивности" - это либо просто металлическая катушка с несколькими витками (хоть с двумя, но можно и больше - вплоть до тысяч), либо металлическая катушка с "сердечником" (засовываемым внутрь и не вынимаемым) из специального хорошо намагничивающегося материала. Честно, я не знаю, откуда пришла мысль мотать металлическую проволоку как катушку, чтобы зафендюлить электромагнитное поле. Но она тоже используется в цепях, как и конденсатор, как и проводник с сопротивлением, хотя и реже. Через катушку может течь обычный постоянный ток, но особого толку с неё от этого не будет, разве что будет фонить магнитным полем. А вот если попытаться поменять ток, начнутся всё те же природные капризы на тему стремления к равновесию. Один из них - это самоиндукция: при попытке изменить ток в катушке на ней возникнет дополнительное напряжение, которое тоже будет препятствовать изменению тока (как увеличению, так и уменьшению!). Чтобы окончательно свернуть в трубочку соображалку, вот как считается ЭДС самоиндукции: -L*дельтаI/дельтаt. Минус показывает то, что самоиндукция сопротивляется изменению тока, дельтаI - изменение тока, дельтаt - время, за которое ток изменился (вместе эта дробь - скорость изменения тока). А буква L означает индуктивность катушки. Это что-то вроде ёмкости конденсатора или сопротивления проводника: индуктивность зависит от того, из чего и как сделана катушка: от количества её витков, от материала и от наличия сердечника. Контрольный выстрел в мозг делает размерность индуктивности, которая тоже названа по фамилии учёного - Генри (Гн). Никогда не догадаешься, через что выражается генри. Гн = Вб/А, то есть индуктивность показывает, насколько большой ток получится в катушке при том или ином изменении магнитного поля. Ясно, что если пошевелить магнитом у маленькой катушечки, то она даст явно меньший ток, чем здоровенная катушища размером с четыре человека в ширину и высоту (и такие бывают).